Émulsions de Pickering avec des protéines, stabilisation et comportement rhéologique

Pickering emulsions with proteins, stabilization and rheological behavior

• Auteur / Autrice : Santiago F. Velandia
• Direction : Thibault Roques-Carmes, Daniel Bonn, Philippe Marchal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés, des produits et des molécules
• Date : Soutenance le 29/11/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Universiteit van Amsterdam
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Christel Métivier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thibault Roques-Carmes, Philippe Marchal, Claire Berton-Carabin, Véronique Schmitt, Krassimir P. Velikov, C. J. M. van Rijn, Sander Woutersen
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Claire Berton-Carabin, Véronique Schmitt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interfaces (sciences physiques)

Formulation (génie chimique)

Rhéologie

Protéines

Émulsions de Pickering

Mots clés libres

Émulsions

Pickering

Protéines

Rhéologie

Modélisation

Formulation

Emulsions

Pickering

Proteins

Rheology

Modelling

Formulation

Résumé

La science des émulsions est omniprésente dans notre vie quotidienne ; elle est essentielle dans la fabrication d'une large gamme de produits tels que le lait, le beurre et la peinture, ainsi que dans des activités industrielles comme la synthèse de polymères et l'encapsulation de principes actifs. Ce domaine est en développement constant depuis le XIXe siècle, permettant aujourd'hui de comprendre le comportement d'ingrédients clés tels que les tensioactifs et préparer des émulsions aux propriétés contrôlées. Au cours des dernières décennies, une attention considérable a été accordée aux émulsions stabilisées par des particules, également connues sous le nom d'émulsions de Pickering, en raison de l'alternative qu'elles représentent pour relever les défis environnementaux liés à l'utilisation de particules d'origine biologique, telles que les protéines. De plus, ces systèmes semblent offrir des propriétés de stabilité améliorées, en faisant ainsi un sujet d'intérêt central pour de nombreuses applications industrielles dans la conception de produits. Toutefois, le développement des émulsions de Pickering utilisant des protéines a également posé des défis en matière de conception de produits et de processus, en particulier en ce qui concerne le contrôle des propriétés des émulsions tout en maintenant des normes de haute qualité. Cela est principalement dû à la nature complexe des protéines en tant qu'émulsifiants, ainsi qu'aux différences qui semblent exister entre les émulsions stabilisées par des tensioactifs ''classiques'' et les systèmes de Pickering. Acquérir une compréhension plus approfondie du mécanisme de stabilisation de ces systèmes, ainsi que de leur comportement rhéologique, est essentiel pour des applications pratiques. Cette thèse est composée de six chapitres qui contextualisent la recherche menée et résument les principaux résultats obtenus sur les émulsions de Pickering stabilisées par des protéines. Notamment, l'accent est mis sur deux questions clés de recherche : les protéines globulaires peuvent-elles être considérées comme des particules pour les émulsions de Pickering ? Et quels aspects quantifiables différencient une émulsion avec des tensioactifs classiques d'une émulsion de Pickering ?

Emulsion science is ubiquitous in our daily lives; it is crucial in the fabrication of a wide range of products we use every day such as milk, butter, and paint, as well as in industrial activities, being present in processes such as polymer synthesis and active principles encapsulation. This field has been in constant development since the XIX century, shining light on how to control key ingredients such as surfactants and prepare emulsions with controlled properties. Over the past decades, significant attention has been given to emulsions stabilized with particles, also known as Pickering emulsions, due to the alternative they represent to tackle environmental challenges when using bio-based particles such as proteins. Additionally, these systems appear to offer enhanced stability properties, making them a topic of central interest for many industrial applications in product design. The development of Pickering emulsions using proteins has, however, led to challenges in product and process design, particularly in what is related to controlling emulsion properties while keeping high-quality standards. This is due mainly to the complex nature of proteins as emulsifiers as well as the differences that seem to exist between “classical” surfactant-stabilized emulsions and Pickering systems. Acquiring a deeper understanding of the stabilization mechanism of these systems, as well as their rheological behavior, is crucial for practical applications. This thesis consists of six chapters that provide context for the research carried out and summarize the main results obtained on Pickering emulsions stabilized with proteins. The emphasis is on two key research questions: Can globular proteins be considered as particles for Pickering emulsions? And what quantifiable aspects differentiate an emulsion with classical surfactants from a Pickering emulsion?